Quando fornecemos calor para um corpo (ou sistema), estamos na verdade fornecendo energia para ele. Em consequência desse fornecimento de energia, as moléculas que constituem o objeto ou o corpo ganham energia cinética ou ganham energia potencial (essa última pode fazer alterações nas configurações das moléculas).
Diante do exposto acima, podemos dizer que energia interna de um sistema nada mais é do que o somatório das energias cinética e potencial das moléculas que formam um gás, por exemplo. Sendo assim, cabe lembrar que essa energia interna é uma característica do estado termodinâmico e deve ser considerada como mais uma variável que pode ser expressa em termos de pressão, volume, temperatura e número de mols.
Para o caso especial de um gás ideal, como não ocorre interação entre as moléculas que o constituem, dizemos que a energia interna é a própria energia cinética do gás. Para um gás monoatômico, temos a seguinte equação:
Onde n é o número de mols, R uma constante e T é a temperatura em kelvin.
Em um gás ideal, a energia interna é dependente apenas da temperatura e do número de mols. Sendo assim, quando possuímos tanto a quantidade de mols quanto o valor da temperatura do gás podemos determinar o valor da energia interna de um gás ideal.
Por exemplo, vamos supor que um mol de um gás ideal monoatômico esteja com temperatura de 300 K. Qual será o valor da energia interna desse gás? Vejamos:
U=3739,5 J
Agora, se elevarmos a temperatura do mesmo gás de 300 K para 330 K, a sua nova energia interna será:
U=4113,45 J
Fazendo uso dos valores da energia interna obtidos nos cálculos anteriores, podemos estabelecer a variação da energia interna do gás. Tal variação será dada por:
∆U=E_f-E_i
∆U=4113,45 J-3739,5 J
∆U=373,95 J
Não podemos nos esquecer de que a energia interna de um gás é uma grandeza positiva pelo fato de ser diretamente proporcional à temperatura do gás. No entanto, a variação da energia interna pode assumir valores positivos, negativos ou até mesmo ser igual a zero.
Para um gás com n mols, a variação da energia interna total pode ser determinada em função da variação da temperatura do gás. Para essa determinação, usamos a seguinte expressão:
Atente-se: a temperatura sempre deve ser dada em Kelvin quando se determina o valor da energia interna.
